快离子环＋超电子网 起底宁德时代快充黑科技

“充电焦虑”和“里程焦虑”是纯电动汽车大规模产业化的一大障碍。在日前举行的2019世界新能源汽车大会上，一项名为“高比能量快充锂离子电池”的技术获得了全球新能源汽车创新技术奖。该技术突破了石墨系统不能快速充电的技术瓶颈。在保持高能量密度、高安全性、长寿命优势的基础上，可在15分钟内完成100%充电，保证电动车300公里续航里程。这项技术的秘密是什么？如何才能实现电动汽车的快速充电，让新能源用户感受到像手机一样“充电五分钟，通话两小时”的便利？目前行业内快充方式的弊端众所周知。对于纯电动汽车来说，电池系统的充放电性能是决定车辆实际使用效果的重要指标。高能量密度和快速充电能力是动力电池厂商不断努力发展的技术方向，也是新能源技术的核心领域。

"锂离子电池也被称为摇椅电池."当代安培科技有限新能源科技有限公司(以下简称当代安培科技有限公司)科研项目总监程晓燕说，摇椅的两端是电池的两极，锂离子在摇椅两端来回跑。充电时，锂离子通过电解液从电池正极移动到负极。作为负极的石墨具有层状结构，锂离子通过中间层嵌入石墨中。嵌入的锂离子越多，充电容量越高。衡量电动汽车充电效率的一个关键指标是充放电比(C)。充放电速率可以简单理解为充放电速率。锂离子电池的充放电速率决定了我们在电池中储存一定量能量的速度，或者说我们在电池中释放能量的速度。例如，额定容量为100 A的电池用20 A放电，其放电速率为0.2C，1小时内放电完所用容量，称为1C放电；放电5小时后称为0.2C放电。业内普遍认为，电动汽车快充是指充电速率大于1.6C的充电方式，即从0%充电到80%充电不到30分钟的技术。顾名思义，要缩短充电时间，就要不断提高充放电率。快速充电技术的核心是通过化学体系和设计优化，加快锂离子在正负极之间移动的速度。但是，在开发快充技术时，仅仅考虑速度是不够的。快速充电时，锂离子需要瞬间嵌入负极。这对负极快速接收锂离子的能力是一个很大的挑战。普通化学体系的电池，快速充电时负极会出现锂等副产物，影响电芯的循环和稳定性。只有能够承受快速充电和大电流的负极材料才能实现快速充电。程晓燕说，目前，钛酸锂和无定形碳被广泛用作负极活性材料，以实现快速充电。然而，钛酸锂和无定形碳在实际应用中都不可避免地存在能量密度严重不足和成本高的缺陷。增加导电材料量的传统设计也会影响电池的能量密度。“近年来，一些制造商开始探索将石墨作为活性材料，但石墨作为快速充电材料面临的问题是如何快速从阳极释放锂电子，然后从阴极快速进入。”程晓燕解释说，石墨更像一条高速公路。虽然能量密度更高，但是锂电子只能按顺序通过。换句话说，石墨不是适合快速充电技术的天然材料。“但我们已经用技术突破了材料本身的瓶颈，它的杀手锏就是‘快离子环’和‘超级电子网’。”程晓燕叹了口气。快离子环和超级电子网络加速了充电。“我们使用石墨作为负极的主要材料，创新性地利用孔道优化和‘快离子环’技术，在石墨表面打造一圈高速通道，使锂离子能够快速嵌入石墨的任何位置，大大提高了锂离子在石墨负极中的嵌入速度。而且改性石墨具有超快速充电和高能量密度的特点，快速充电时负极不会出现副产物，影响电池的循环和稳定性。”程晓燕说。此外，技术团队开发了“超级电子网”技术对正极材料进行改性，结合正负极板的晶体取向和容量过剩系数，优化电解液和正负极的动态性能，使化学体系和电池设计参数达到最优匹配。“一般来说，‘快离子环’和‘超电子网’分别作用于负极和正极，建立了大量锂离子同时涌入负极的快速通道，提高了锂离子的扩散速率。”程晓燕说。此外，在机械零件设计方面，团队创造性地简化了电芯顶盖的设计，将电极端子设置在顶盖板的侧面并降低了端子厚度，显著降低了内阻，有效控制了快充的发热，在保证快充可靠性的同时，提高了5%以上的能量密度。“我们的快充技术具有4C-5C快充能力，10-15分钟即可实现快充。与钛酸锂正极快速充电系统相比，在能量密度和成本上具有明显优势。与业内其他同样使用石墨作为负极的快充技术相比，在保持电池能量密度不变的情况下，可提高充电速度20%-30%，具有更好的循环性和耐候性。”程晓燕说。已成功应用于5000多辆公交车。目前，当代Amperex Techno开发的以快充石墨为主要负极材料的超级锂铁快充电池……gy有限公司已在5000多辆电动客车上应用，客车运行状况良好，得到了车辆制造商和客车用户的一致好评。该电池还被交通部评为“新能源公交车最佳口碑电池”。除了能量密度，电池还有一个很大的优势。循环寿命方面，以应用条件恶劣的公交车为例，平均每天充放电两次左右。粗略来说可以满足8年的运行要求，电池需要5600次以上的循环。超级锂铁电池电芯循环寿命可达10000次，不仅完全满足电动汽车运行需求，退役后还可用于储能等梯级利用，创造更多经济价值。“为了保证快充芯的安全可靠，我们还开发了一种特殊的技术，能够识别化学系统在不同温度和SOC状态下的‘健康充电区间’，然后在这个‘健康充电区间’范围内快速充电，既能实现快充，又能防止电池被快充损坏，从而实现快充、长周期、安全可靠。”程晓燕说。在耐候性方面，为了满足北方冬季低温充电和南方夏季高温工况的要求，技术团队专门研发了高效的热管理系统，保证电池处于合理的温度范围。电芯可低温快速加热，温度符合要求时可启动快充模式；在高温下，系统会给电池降温，真正实现“全天候”快充。“我们正在研发高能量密度、长寿命(6000次以上)的2C-2.5C快充锂离子电池，单次能量密度超过160W/kg，预计2019年底量产。同时，该技术已应用开发到三元系乘用车上，已实现350公里续航，15分钟内完成充电。”程晓燕表示，该公司还计划在未来1-2年内推出能量密度高达255瓦时/千克的三元动力电池产品，可在18分钟内快速充电。“充电焦虑”和“里程焦虑”是纯电动汽车大规模产业化的一大障碍。在日前举行的2019世界新能源汽车大会上，一项名为“高比能量快充锂离子电池”的技术获得了全球新能源汽车创新技术奖。该技术突破了石墨系统不能快速充电的技术瓶颈。在保持高能量密度、高安全性、长寿命优势的基础上，可在15分钟内完成100%充电，保证电动车300公里续航里程。这项技术的秘密是什么？如何才能实现电动汽车的快速充电，让新能源用户感受到像手机一样“充电五分钟，通话两小时”的便利？目前行业内快充方式的弊端众所周知。对于纯电动汽车来说，电池系统的充放电性能是决定车辆实际使用效果的重要指标。高能量密度和快速充电能力是动力电池厂商不断努力发展的技术方向，也是新能源技术的核心领域。

"锂离子电池也被称为摇椅电池."当代安培科技有限新能源科技有限公司(以下简称当代安培科技有限公司)科研项目总监程晓燕说，摇椅的两端是电池的两极，锂离子在摇椅两端来回跑。充电时，锂离子通过电解液从电池正极移动到负极。作为负极的石墨具有层状结构，锂离子通过中间层嵌入石墨中。嵌入的锂离子越多，充电容量越高。衡量电动汽车充电效率的一个关键指标是充放电比(C)。充放电速率可以简单理解为充放电速率。锂离子电池的充放电速率决定了我们在电池中储存一定量能量的速度，或者说我们在电池中释放能量的速度。例如，额定容量为100 A的电池用20 A放电，其放电速率为0.2C，1小时内放电完所用容量，称为1C放电；放电5小时后称为0.2C放电。业内普遍认为，电动汽车快充是指充电速率大于1.6C的充电方式，即从0%充电到80%充电不到30分钟的技术。顾名思义，要缩短充电时间，就要不断提高充放电率。快速充电技术的核心是通过化学体系和设计优化，加快锂离子在正负极之间移动的速度。但是，在开发快充技术时，仅仅考虑速度是不够的。快速充电时，锂离子需要瞬间嵌入负极。这对负极快速接收锂离子的能力是一个很大的挑战。普通化学体系的电池，快速充电时负极会出现锂等副产物，影响电芯的循环和稳定性。只有能够承受快速充电和大电流的负极材料才能实现快速充电。程晓燕说，目前，钛酸锂和无定形碳被广泛用作负极活性材料，以实现快速充电。然而，钛酸锂和无定形碳在实际应用中都不可避免地存在能量密度严重不足和成本高的缺陷。增加导电材料量的传统设计也会影响电池的能量密度。“近年来，一些制造商开始探索将石墨作为活性材料，但石墨作为快速充电材料面临的问题是如何快速从阳极释放锂电子，然后从阴极快速进入。”程晓燕解释说，石墨更像一条高速公路。虽然能量密度更高，但是锂电子只能按顺序通过。换句话说，石墨不是适合快速充电技术的天然材料。“但我们已经用技术突破了材料本身的瓶颈，它的杀手锏就是‘快离子环’和‘超级电子网’。”程晓燕叹了口气。快离子环和超级电子网络加速了充电。“我们使用石墨作为负极的主要材料，创新性地利用孔道优化和‘快离子环’技术，在石墨表面打造一圈高速通道，使锂离子能够快速嵌入石墨的任何位置，大大提高了锂离子在石墨负极中的嵌入速度。而且改性石墨具有超快速充电和高能量密度的特点，快速充电时负极不会出现副产物，影响电池的循环和稳定性。”程晓燕说。此外，技术团队开发了“超级电子网”技术对正极材料进行改性，结合正负极板的晶体取向和容量过剩系数，优化电解液和正负极的动态性能，使化学体系和电池设计参数达到最优匹配。“一般来说，‘快离子环’和‘超电子网’分别作用于负极和正极，建立了大量锂离子同时涌入负极的快速通道，提高了锂离子的扩散速率。”程晓燕说。此外，在机械零件设计方面，团队创造性地简化了电芯顶盖的设计，将电极端子设置在顶盖板的侧面并降低了端子厚度，显著降低了内阻，有效控制了快充的发热，在保证快充可靠性的同时，提高了5%以上的能量密度。“我们的快充技术具有4C-5C快充能力，10-15分钟即可实现快充。与钛酸锂正极快速充电系统相比，在能量密度和成本上具有明显优势。与业内其他同样使用石墨作为负极的快充技术相比，在保持电池能量密度不变的情况下，可提高充电速度20%-30%，具有更好的循环性和耐候性。”程晓燕说。已成功应用于5000多辆公交车。目前，当代Amperex Techno开发的以快充石墨为主要负极材料的超级锂铁快充电池……gy有限公司已在5000多辆电动客车上应用，客车运行状况良好，得到了车辆制造商和客车用户的一致好评。该电池还被交通部评为“新能源公交车最佳口碑电池”。除了能量密度，电池还有一个很大的优势。循环寿命方面，以应用条件恶劣的公交车为例，平均每天充放电两次左右。粗略来说可以满足8年的运行要求，电池需要5600次以上的循环。超级锂铁电池电芯循环寿命可达10000次，不仅完全满足电动汽车运行需求，退役后还可用于储能等梯级利用，创造更多经济价值。“为了保证快充芯的安全可靠，我们还开发了一种特殊的技术，能够识别化学系统在不同温度和SOC状态下的‘健康充电区间’，然后在这个‘健康充电区间’范围内快速充电，既能实现快充，又能防止电池被快充损坏，从而实现快充、长周期、安全可靠。”程晓燕说。在耐候性方面，为了满足北方冬季低温充电和南方夏季高温工况的要求，技术团队专门研发了高效的热管理系统，保证电池处于合理的温度范围。电芯可低温快速加热，温度符合要求时可启动快充模式；在高温下，系统会给电池降温，真正实现“全天候”快充。“我们正在研发高能量密度、长寿命(6000次以上)的2C-2.5C快充锂离子电池，单次能量密度超过160W/kg，预计2019年底量产。同时，该技术已应用开发到三元系乘用车上，已实现350公里续航，15分钟内完成充电。”程晓燕表示，该公司还计划在未来1-2年内推出能量密度高达255瓦时/千克的三元动力电池产品，可在18分钟内快速充电。

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